畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-電子秤電路的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。 通過 A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)傳入單片機(jī)。 數(shù)字部分分析： STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C52 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 單片機(jī)處理由鍵盤輸入以及 A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，結(jié)果在顯示屏上顯示。 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng) .對 52系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路 .下面 是這個(gè)設(shè)計(jì)所采用 52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖 如圖 32所示 ： 放大器 AD轉(zhuǎn)換器 MCU STC89C52 顯示器 稱重傳感器 麗水學(xué) 院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 A p r 2 0 1 1 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ w f b \ D e s k t o p \ 自動(dòng)化 0 7 1 蔡路榮 \ 蔡路榮 \ C L R .D dbD r a w n B y :R S TV C CC230C430Y11 2 MR 1 41 0 K+ C31 0 u FV C CR S TP 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .56P 1 .45P 1 .67P 1 .78P 0 .039P 0 .138P 0 .336P 0 .237P 0 .435P 0 .534P 0 .633P 0 .732R X D10P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .526P 2 .728T X D11P 2 .627P 2 .425P 2 .324A L E30P S E N29I N T 012I N T 113T115T014EA31X T A L 119X T A L 218R S T9RD17WR16V C C40V S S20U28 9 C 5 2 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器。單片機(jī)結(jié)合簡單的晶體振蕩電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測控、監(jiān)控的重要組成部分。 如圖 32，復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。 有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)死機(jī)的 情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位，而本次由于有電源開關(guān)，相當(dāng)于手動(dòng)復(fù)位，所以設(shè)計(jì)的電路選用上電復(fù)位。對復(fù)位電路的要求上復(fù)位電容的上電充電過程要大于 2 個(gè)單片機(jī)機(jī)器周期，參數(shù)上選擇如圖 32，接地電阻選 10k電阻，復(fù)位電容為 10uF。 振蕩電路：晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻 率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。震蕩電路的電路圖如圖 32所示 。 晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。參數(shù)上選擇如圖 32，接地晶振為 12M，電容為 30P。 麗水學(xué) 院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 稱重傳感器 電路 最普遍的電子秤應(yīng)用橋式稱重傳感器實(shí)現(xiàn)，稱重傳感器的輸出電壓直接與放在其上的重量成比例。圖 33示出了典型的稱重電橋－一個(gè)具有至少兩個(gè)可變橋臂的 4電阻結(jié)構(gòu)的電橋，所稱重量引起的電阻變化可產(chǎn)生一個(gè)疊加在 V（電源電壓的一半）共模電壓之上的差分電壓。 電橋線路如圖 33所示 ： 圖 33 稱重傳感器的基本電路 它是以應(yīng)變片或電阻元件作為電橋橋臂。可取 R1為應(yīng)變片 ， R1 和 R2為應(yīng)變片或 R1R4均為應(yīng)變片等幾種形式。 A、 C和 B、 D分別為電橋的輸入端和輸出端。根據(jù)電工學(xué)原理，可導(dǎo)出當(dāng)輸入端加有電壓 U1時(shí)，電橋的輸出電壓為 : 當(dāng) U0=0時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)。因此，電橋的平衡條件為 R1R3=R2R4。當(dāng)處于平衡的電橋中各橋臂的電阻值分別有 △ R △ R △ R3和 △ R4的變化時(shí)，可 近似地求得電橋的輸出電壓為 : 由此可見，應(yīng)變電橋有一個(gè)重要的性質(zhì)：應(yīng)變電橋的輸出電壓與相鄰兩橋臂的電阻變化率之差 , 相對鄰兩橋臂的電阻變化率之和成正比 .對于平衡電橋，如果相鄰兩橋臂的電阻變化率大小相等、符號(hào)相同 ，或相對兩橋臂的電阻變化率大小相等、符號(hào)相反，則電橋?qū)⒉粫?huì)改變其平衡狀態(tài)，即保持 U0=0。如果電橋的四個(gè)橋臂均接入相同的應(yīng)變片， 且 RR? = Kε， 則有 : ???????? ???????? 4 43 32 21 1IO 4 RRRRRRRRUU? ?4321IO 4 ???? ???? KUU? ?? ? I4321 4231O URRRR RRRRU ?? ??麗水學(xué) 院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 式中， ε 1～ ε 4分別為接入電橋四個(gè)橋臂的應(yīng)變片的應(yīng)變值。 上式表明，電橋的輸出 電壓和四個(gè)轎臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中， 4 個(gè)應(yīng)變片分別貼在彈性梁的 4個(gè)敏感部位，傳感器受力作用后發(fā)生變形。在 力的作用下， R R3被拉伸，阻值增大，△ R△ R3正值， R R4被壓縮，阻值減小，△ R△ R4為負(fù)值。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對值相同，即 △ R1 = △ R3 = + △ R或ε 1 = ε 3 = +ε △ R2 = △ R4 = △ R或ε 2 = ε 4 = — ε 因此， SU = U0/U1=Kε (SU稱為傳感器系數(shù) )。 稱 重傳感器輸出電壓直接與放 在其上的重量成比例。 經(jīng)過 大量實(shí)驗(yàn)測量， 我所選用的傳感器參數(shù)為 ， 即 V= （其中 電壓 V單位 為 mv,質(zhì)量 M單位 為 g） 。 信號(hào)放大 與 AD 轉(zhuǎn)換 電路 由 于 稱重傳感器所傳播的電壓信號(hào)是以毫伏計(jì)，很難能夠被 A/D采集，所以要在傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換器之間加上一個(gè)放大電路 。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)要求輸出的電流信號(hào)為 20~1000mA，步進(jìn)為 1mA，且要求顯示數(shù)值，因此，給定量的執(zhí)行元件 A/D 轉(zhuǎn)換器至少需要 10 位的轉(zhuǎn)換精度。結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并考慮到單片機(jī)的 I/O接口資源緊張等因素，最 終確定選用 HX711量化精度能達(dá)到 1/40961/1000，完全能達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求。 HX711接口電路 電路圖如下圖 34： 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 1 7 M a y 2 0 1 1 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ s u n j i e \ D e s k t o p\ 自動(dòng)化 0 7 1 孫杰 \ s j \電子秤 S C H .D D BD r a w n B y :V S U P1B A S E2A V D D3V F B4A G N D5V B G6I N N A7I N P A8D V D D16R A T E15XI14XO13D O U T12P D _ S C K11I N N B10I N P B9U1H X 7 1 1R38 . 2 KR12 0 KQ18 5 5 0C31 u fC21 u fC11 u F / 2 5 VR41 0 0R51 0 0C41 0 411223344J24 P I NV C CD O U TP D S C K 圖 34 信號(hào)放大電路 通道 A模擬差分輸入直接與橋式傳感器的差分輸出相接。由于橋式傳感器輸出的信號(hào)較小，為了充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍，該通道的可編程增益較大，為 128。這增益所對應(yīng)的滿量程差分輸入電壓177。 20mV。 麗水學(xué) 院 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 HX711芯片內(nèi)額穩(wěn)壓電路可同時(shí)向 A/D轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供模擬電源。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（ VAVDD）由外部分壓電阻 R R2和芯片的輸 出參考電壓 VBG決定， VAVDD=VBG（ R1+ R2）/ R2。 選擇該輸出電壓比穩(wěn)壓電源的輸入電壓（ VSUP）低至少 100mV。 將 管腳 XI接地， HX711將自動(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，并自動(dòng)關(guān)閉外部時(shí)鐘輸入和晶振的相關(guān)電路。這種情況下，典型輸出數(shù)據(jù)速率為 10Hz。 顯示電路 四位數(shù)碼管分別與單片機(jī)的 P0口和 P2 口連接實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示 。 位選部分千位對應(yīng)單片機(jī)的 ，百位對應(yīng)單片機(jī)的 ，十位對應(yīng)單片機(jī)的 口，個(gè)位對應(yīng)單片機(jī)的 。單片機(jī)的 P0口分別對應(yīng)數(shù)碼管的各個(gè) LED，單片機(jī)控制各個(gè) LED的開與關(guān)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。 電路圖如圖 35所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 1 8 M a y 2 0 1 1 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ s u n j i e \ D e s k t o p\ 自動(dòng)化 0 7 1 孫杰 \ s j \電子秤 S C H .D D BD r a w n B y :1174211053129 8 6L E D 14 L E DQ2S 8 5 5 0Q3S 8 5 5 0Q4S 8 5 5 0Q5S 8 5 5 0R21 0 0R61 0 0R91 0 0R 1 51KR 1 01 0 0R 1 61KR 1 11 0 0R 1 71KR 1 21 0 0R 1 81KR 1 31 0 0R 1 41 0 012433421V C C 圖 35顯示電路圖 我們已經(jīng)知道了所要使用的數(shù)碼管型號(hào)及引腳縮對應(yīng)的數(shù)碼管同名端， 數(shù)碼管的 a,b,c,d,e,f,g,h。由此我們可以設(shè)定數(shù)碼管 顯示的數(shù)字對應(yīng)的段碼如下表 31： 表 31 數(shù)碼管顯示的數(shù)字對應(yīng)的段碼 電源電路 電源是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行 能量的來源，是每個(gè)電子系統(tǒng)必